Методы очистки от толуола

Методы очистки от толуола

Применение толуола является достаточно широко распространено в промышленности, в том числе в военно-технической сфере принято применять толуол в качестве органического растворителя. Толуол включён в группу ядовитых технических веществ.

Также толуол является исходным сырьем в органическом синтезе при производстве огромного количества новых химических веществ.

Одновременно с этим стоит отметить, что окружающая среда, которая загрязнена толуолом, оказывает существенное негативное воздействие на здоровье людей. При этом толуол может попадать внутрь организма различными способами (кожа, ингаляционный путь). Особенно опасно то, что толуол обладит следующим свойством - он может накапливаться в клетках центральной нервной системы. Появляется ряд характерных признаков отравления: головная боль, регулярная бессонница, снижается интеллектуальная активность. Также, если присутствует хроническое отравление, происходит негативное воздействие на зрительные органы. Человек постоянно чувствует себя уставшим, работа почек во многих случаях нарушается.

Толуол, как токсичный яд способен также негативным образом влиять на кровообращение организма (функция кроветворения). После того как вдыхаются поры толуола, может начаться головокружение. При этом во многих случаях отмечается пониженная температура тела, сниженное артериальное давление, пульс становится слабее. В особо тяжелых случаях могут возникнуть галлюцинации и такое состояние, которое приближено к эйфории. Так выражено наркотическое воздействие толуола.

Также данный токсин резко отрицательно влияет на женский организм. У беременных после отравления парами толуола могут начаться преждевременные роды.

Если степень отравления тяжелая, человек теряет над собой контроль. Нарушена и мышечная, и мозговая деятельность, вплоть до того, что человек теряет сознание, впадает в кому. В таком случае может быть летальный исход вследствие паралича дыхательных органов.

Толуол имеет третий класс опасности. Уровень его предельной концентрации паров в воздухе на рабочем месте не должен быть выше 50 миллиграмм на метр кубический, а максимальная разовая доза не должна превышать 150 миллиграмм на метр кубический.

Традиционные способы очистки выброса от загрязнителей в виде газов и паров принято подразделять на 5 главных групп. К ним относят : промывку выброса растворителя примесей (данный процесс называется абсорбцией): промывку выбросов растворами реагентов, которые связывают примеси химическим образом, что является хемосорбцией; процесс, когда газообразную примесь поглощает твердое активное вещество (адсорбация): процесс термической нейтрализации отходящего газа и поглощение примеси (каталитическое превращение).

Суть метода абсорбции заключена в том, что очистка газового выброса происходит после разделения газовых смесей на составляющие, при этом происходит поглощение одной либо нескольких вредных примесей, которые содержались в смеси, они абсорбируются при помощи жидкого поглотителя (абсорбент) и образуется раствор. Контактирует очищаемый газ с абсорбентом, когда газ пропускается через насадочные колонны, или распыляется поглощающая жидкость, или посредством борботажа через ее слой.

Суть абсорбционного метода очистки газа в том, что происходит поглощение содержащегося в нем вредного вещества поверхностью твердого пористого тела, у которого ультромакроскопическая структура (адсорбенты).

Адсорбентами при очистке газов от органического пара, для поглощения неприятных запахов и газообразных примесей, находящихся в малом количестве в выбросе промышленных предприятий, часто являются такие как активированный глинозем либо активированный уголь. Также применяется в промышленности и силикагель, оксиды алюминия.

Также как и у активированного угля здесь присутствует высокая абсорбционная степень, при этом высокая избирательность поглощения конкретных газов, прочность механического характера и высокая степень регенерации.

Благодаря термической нейтрализации окисляются токсичные примеси в газовом выбросе и становятся менее токсичными. Все это при наличии кислорода и высокой температуры газа.

Принято термическую нейтрализацию выбросов газа подразделять на т 3 схемы: процесс прямого сжигания в пламене, процесс термического окисления ( температура 600- 800 ˚С), процесс каталитического сжигания (температура 250- 450 ˚С). Схему нейтрализации выбирают исходя из того какой состав у загрязняющего вещества, какова концентрация, изначальная температура. Учитываются газовые выбросы, объёмные расходы и уровень предельно допустимых вредных вещав.

Основное предназначение каталитического метода - превращать вредные примеси, которые содержатся в отходящем газе промышленных выбросов в такие вещества, которые будут иметь безвредный состав либо наименее вредный. Используют для процесса обезвреживания специфические вещества, носящие название катализаторы. Благодаря таким веществам способна изминаться и скорость и само направление химической реакции, когда производится реакция окисления. В качестве катализаторов в промышленности могут применять разнообразные благородные металлы, ими может быть платина, палладий и т.д. Также применяются и сведения подобных металлов. В их числе оксиды меди, марганца и т.д. Катализаторная масса расположена в специальном реакторе. Структура его состоит из насадки, из колец и шаров. Также сюда входят пластины и проволока. Такая проволока свивается в спираль. Исходным материалом для изготовления проволоки может быть нихром, никель. Также применяют и оксиды алюминия. Наносят на поверхность соответствующих элементов благородные металлы тончайшим слоем.

В цехах окраски широко применяется каталитический метод очистки воздушных выбросов. Данный метод также применим при очистке воздуха от выхлопных газов, источниками которых являются автомобили.[12]

Сам по себе толуол может в промышлености обезвреживаться при помощи ряда методов [13]. Для того, чтобы подобрать наиболее приемлемый по своим свойствам рассмотрим каждый в отдельности.

№1. Очистка воздуха от токсичных паров толуола путем применения метода термического сжигания.

В промышленном процессе отходящие газы, имеющие определённую степень загрязнения, поступают в v- образную полость коллектора горелки. Перед этим загрязнённый воздух проходит через теплообменники, где подогревается. Таким образом, происходит повышение температуры горючих компонентов отходящих газов. Необходимая температура заранее задается. Впоследствии отравляющие вещества сжигаются в кислороде, который есть в самом потоке загрязненных газов. Догорание происходит, когда воздух попадает в камеры смешивания. Перегородки камеры создают необходимую табуляцию, хвостовая часть факелов контактирует с выбросом, который подвергается процессу обезвреживания. Газы, полученные в данном процессе, в итоге выбрасываются в окружающую атмосферу. Одновременно возможен их пропуск через теплообменники, с целью рекуперировать теплоту горячих газов.

Такой способ позволяет окислять ряд растворителей, содержащихся в газообразной смеси. Однако есть у данного метода и несколько недостатков.

№2. Каталитический метод. В процессе, когда токсические компоненты газовоздушной смеси обезвреживаются, могут быть применены специальные вещества, носящие название катализаторы. Цель -очистить воздушную смесь от вредных для окружающей среды примесей.

Сущность данного метода такова: вещество, которое необходимо удалить при очищении газов контактирует со специальным веществом или смесью – катализаторами.

При взаимодействии таких катализаторов с токсическими компонентами газовоздушных смесей в итоге образуется накое промежуточное вещество. Впоследствии оно распадается, таким образом, образуется продукт регенерированного катализатора.

Каталитический метод отличается от термического по ряду признаков. Процесс каталитического метода достаточно непродолжительный, может быть равен всего несколько секундам. Соответственно необходимы для технологического процесса менее габаритные реакторы. Также несомненным преимуществом является то, что температура процесса горазда ниже, чем при термической обработки. Она понижена до трех сотен. Объёмную скорость определяют как отношение расходов газа, проходящего процесс технологической обработки (м3/ч) и приводится к нормальному условию к объёмам катализаторных масс (м3).

При выборе катализаторов очень важно учитывать следующие критерии: насколько они актины и насколько долговечны. Активность характеризуется количеством продукта, полученного с единиц объёма катализаторов. Значима и объемная скорость, при которой происходят процессы обеззараживания газовоздушных смесей от токсических веществ.

В процессе очистки каталитическим методом применяют минимальный объём катализирующего вещества. Но главное учитывать, то, что катализатор должен контактировать со всей поверхностью газовых потоков. Также каталитический слой создает умерено низкий перепад давлений. Очень важна структурная целостность и то, насколько катализатор долговечен. В основном в качестве катализаторов в промышлености применяются металлы либо их соединения. Платина, палладий - металлы, которые используются при данном методе. Если говорить о соединениях, то это оксид меди, марганец и т.д. Катализаторная масса зачастую выполнена из шаров, колец, также есть и пластины. Применяется помимо этого и свитая проволока. Материал для ее изготовления - нихром, оксид алюминии. На поверхность тончайшим слоем нанесен какой-либо благородный металл.

Газоочистительные каталитические устройства подразделяются на два вида:

- Суть первого варианта в том, что газовые потоки непосредственно контактируют с твёрдыми катализаторами. При этом катализаторы размещают, как правило в отдельном корпусе.

Во втором случае используют термический каталитический реактор. В одном корпусе здесь размещены и подогреватели, и сам контактный узел.

Стоит отметить, что наиболее широко применяют термокаталитические реакторы при обезвреживании органических соединений и оксида углерода. При этом в одном корпусе контактный узел, рекуператор теплоты и собственно сам подогреватель. Рис. 2 показывает структуру каталитического реактора, который предназначен для того, чтобы происходил процесс окисления толуола. Предварительно он подогревается. Это происходит в пространстве между трубами теплообменника-рекуператора. Далее он поступает по переходным каналам в сам подогреватель. С воздухом смешивается продукт горения природных газов. Газ сжигают в грелке вместе с воздухом. Температура повышается до отметки 200-350 °С. Именно такая температура нужна для того чтобы толуол окислялся при необходимой скорости на поверхности катализатора. На поверхностях катализаторов, размещённых в контактных устройствах можно наблюдать химическое превращение.

Широко применимый катализатор – природная марганцевая руда. Данный катализатор в виде гранул, размер их 3-5 миллиметров.

Когда толуол окисляется, образуются нетоксичные продукты – диоксид углерода и пар воды. Далее при температуре до 450 градусов воздушные смеси переходят в рекуператоры. Тепло при этом отдается потоку очищаемого воздуха. Далее через выходные патрубки в окружающую среду.

Данный реактор достаточно эффективно очищает - (от сотых до единицы). Также идет при этом расход вспомогательного топлива (природный газ) в соотношениях до 4 м3  на 1 тыс. м3  воздуха, который очищается.

Гидравлическое сопротивление реакторов при учете номинальной нагрузи 800 - 900 м3/ч не должно превышать следующие показатели: 150 - 180 Па. Скорость процесса 8 тысяч - 10 тысяч объемов на объем катализаторных масс в 1 час.

Такой метод также имеет ряд недостатков, к которым можно отнести повышенную пожароопасность и повышение риска взрывоопасности, когда происходит каталитическое сжигание, если попадает туда красочный аэрозоль. К недостаткам также относится то, что трудно подобрать катализатор и присутствует высокая вероятность теплового загрязнения окружающей среды.

Вариант№3. Для того, чтобы очистить воздух от толуола используют адсорбер. Адсорбцией называют такой процесс, при котором происходят процессы поглощения каких либо веществ (одного или нескольких, они называются компонентами) из газовоздушной смеси или смеси, которая является жидкой. Поглощение идёт при помощи твёрдых тел. Отличительная особенность адсорберов в том, что они достаточно просты в обслуживание и широко применяются среди методов очищения вентиляционных выбросов из сушильной установки. Благодаря вышеуказанному методу очистки и обезвреживания можно решить две задачи: очистить смесь от вредных компонентов, которыми являются пары растворителя и в дальнейшем появляется также возможность использования их в определенном промышленном процессе в соответствии с прямым назначением (использование как растворителя в технологическом процессе). Также можно использовать и в качестве источника тепловой энергии, которая появляется благодаря процессу непосредственного сжигания.

Главная характеристика адсорберов - высокая степень очистки. Эффективно применять такие методы, когда удаляются пары растворителя, органических паров эфира, ацетона. В первой секции адсорбент проходит процесс охлаждения после регенерации. Эта секция - кожухотрубный теплообменник. Охлаждающую жидкость подают в межтрубное пространство теплообменника, абсорбент проходит по трубам. Во второй секции находится собственно сам, а адсорбент идет по трубам. Второй секцией является непосредственно адсорбер, в ней происходит взаимодействие адсорбента с изначальной парогазовой смесью.

Из секции №1, изначально проходя по патрубкам и через ряд распределительных тарелок, вещества-адсорбенты направляются в секцию №2. Распределительные тарелки имеют свои функции в технологическом процессе – они распределяют адсорбенты таким образом, что они располагаются равномерно на всей поверхности сечения колонны. Одновременно с вышеуказанным есть и еще одна функция – эти тарелки являются определёнными затворами и они разграничивают секции №1 и №2.

После всех вышеуказанных процессов адсорбенты непосредственно поступают в секцию, которая называется десорбционная. Такая секция является кожухоподобным теплообменником.

Идёт процесс нагревания и взаимодействия с десорбирующим агентом, которым выступает острый водяной пар. Удаление регенерированного адсорбента происходит через шлюзовые затворы.

Таким образом, в итоге можно сделать вывод, опираясь на вышеуказанные достоинства и недостатки, что наибольшей эффективности очистки от толуола можно добиться применяя адсорбционный метод.